鋁處理對桉樹幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影響

藍雄彬

(廣西壯族自治區國有東門林場，廣西 崇左 532108)

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鋁處理對桉樹幼苗抗氧化酶CAT和POD活性的影響

藍雄彬

(廣西壯族自治區國有東門林場，廣西 崇左 532108)

摘要采用室內水培試驗法，研究了鋁處理對廣西2個優良桉樹無性系(Eucalyptus grandis×E.urophylla No.9和E. urophylla No.4，分別記為G9、G4)根系及葉片內CAT、POD的影響，為進一步揭示速生桉對鋁毒害的響應機制及選育耐鋁型速生桉優良無性系提供參考，結果表明：(1)桉樹葉片中CAT、POD對活性氧的清除起主要作用，而POD對鋁處理最為敏感，CAT對鋁處理最不敏感，在根和葉中均有此規律。(2)鋁處理下，2個桉樹無性系根、葉內CAT、POD活性均發生變化，變化幅度差別較大，不同酶在不同部位對鋁毒害的響應程度不一致，CAT在根內對鋁處理響應較強，POD在G9葉內及G4根內對鋁處理響應較強。

關鍵詞桉樹；鋁處理；抗氧化酶

1研究目的與意義

鋁毒害間接導致一些對植物正常生理活動至關重要的酶活性改變，最終造成經濟損失 。桉樹是世界著名的速生樹種，也是重要的纖維原料重要材種，而廣西是中國主要桉樹引種推廣區，也是中國主要木材戰略基地。巨尾桉(Eucalyptusgrandis×E.urophylla)是廣西壯族自治區國有東門林場以巨桉為母本、尾葉桉為父本雜交培育成的優良無性系，廣林巨尾桉9號(E.grandis×E.urophyllaNo.9)由于其生長迅速，樹干通直，枝下高高等優點被廣西林木良種委員會審定為林木良種，在廣西區及其周圍地區普遍種植。尾葉桉(E.urophylla)是我國華南地區桉樹人工林的主要樹種，具有速生豐產和有極旺盛的萌芽力，一次造林多代萌芽收獲等特點，主要用于紙漿材、頂木用材等。本研究結果表明在pH 5.0、120 mg/LAl3+處理下，與對照(pH 5.0、0 mg/LAl3+)相比，2個速生桉無性系耐鋁性表現為：巨尾桉廣林9號>>尾葉桉廣林4號。不同的植物或不同植物基因型對Al毒的耐性存在著顯著的差異。在植物的抗性機理研究中，保護酶系統CAT、POD的變化已廣泛作為指示植物抵御逆境傷害的指標，并在國內外已有大量報道，但在鋁處理下同時對桉樹對這兩種抗氧化酶活性進行測定比較研究還未見報道。

本研究采用室內水培試驗法，以廣西栽植的2個桉樹優良無性系(巨尾桉9號，尾葉桉4號)為研究對象，研究鋁處理條件下2個桉樹無性系體內一系列防御酶活性變化規律，探討巨尾桉9號和尾葉桉4號的耐鋁機制及鋁處理下2種抗氧化酶、在其根和葉器官中的差異，旨在為桉樹的耐鋁機理深入研究提供資料，對篩選耐鋁型桉樹優良無性系以及建立桉樹耐鋁性的評價標準具有重要理論意義和實踐意義，并為進一步應用基因工程技術提高植物耐鋁能力奠定基礎，也為其他林木耐鋁種質的篩選和改良提供參考。

2材料與方法

2.1　試驗材料和儀器

試驗材料：(巨尾桉9號和尾葉桉4號，分別記為G9、G4)，均為2個月生苗木。

試驗試劑：三氯乙酸(TCA)、硫代巴比妥酸(TBA)、 磷酸氫二鈉(Na2HPO4)、磷酸二氫鈉(NaH2PO4)、甲硫氨酸(C5H11O2NS)、氮藍四唑(NBT)、乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-Na2)、核黃素、愈創木酚、鄰苯二酚、H2O2、抗壞血酸(AsA)、AlCl3、CaCl2等。

試驗儀器設備：離心機、pHS-3C型精密pH計、恒溫水浴鍋、電子天平、725-771超低溫冰箱、紫外分光光度計、離心管、比色皿等。

2.2　試驗設計

桉樹苗木水培試驗于2014年11月中旬至2015年1月中旬在廣西大學林學院實驗室進行，采用口徑為20 cm、高度25 cm、容積約為2L的塑料桶，使用黑色培養袋將桶的下部以及桶身遮光處理，并使用珍珠棉作為固定材料，根據培養桶的大小在其四周均勻打孔，孔徑約為1 cm，以較好的固定苗木，在桶蓋中央打直徑約為1.5 cm的孔，將乳膠管和通氣頭插入其中。通氣裝置為醫用乳膠管連接砂頭，采用一管與多個砂頭相連，再與增氧氣泵連接。

取2個月生桉樹幼苗用清水清洗根部，先用0.5%多菌靈消毒20 min，再用蒸餾水漂洗3次之后將其放入培養桶中，將3株苗木放入珍珠棉的1 cm小孔中，使用霍格蘭德營養液(見表1)對桉樹幼苗進行培養液培養，每3 d更換1次營養液。

水培40 d后，選取生長良好、葉片及根系生長健康的桉樹幼苗，進行實驗處理，鋁離子濃度設為120 mg·L-1，以AlCl3·6H2O(1.0708 g·L-1)形式加入，以pH 4.0，0.5 mmol·L-1CaCl2的基本處理液為對照(CK)，處理24 h后取樣測定相關指標。

表1　Hoagland營養液配方

注：按以上配方將硝酸鉀、硫酸鎂和磷酸二氫銨混合配成200倍母液，微量元素配成2 000倍母液，單獨將四水硝酸鈣和螯合鐵鹽各配成400倍母液(鐵鹽避光保存)，用時稀釋即可

2.3　指標測定及方法

測定0 mg·L-1、120 mg·L-12個濃度鋁脅迫條件下，巨尾桉9號，尾葉桉4號根和葉片內CAT、POD兩種抗氧化酶活性及其變化值。

2.4　數據統計分析

使用Excel統計桉樹苗期葉片和根部CAT、POD兩種抗氧化酶活性數據，運用SPSS軟件進行單因素方差分析。

3結果與分析

3.1　鋁處理下2個桉樹無性系CAT活性的影響

過氧化氫酶(CAT)為重要的保護酶，尤其具有清除活性氧(H2O2)對膜脂的攻擊能力。

從圖1可見，有無鋁處理下，2個桉樹無性系葉內CAT活性均比根中高，說明CAT在葉中對活性氧的清除起有更為重要的作用；鋁處理下，2個桉樹無性系苗的CAT活性均高于對照，以根內的CAT活性變化幅度較葉片內明顯，其中：巨尾桉9號(G9)根內CAT活性最低，為76.44 U·min-1·g-1FW，葉內CAT活性最高達到327.54 U·min-1·g-1FW，G9和尾葉桉4號(G4)根內CAT活性分別為對照組的1.53倍和1.60倍，葉內CAT活性分別為對照組的1.13倍和1.34倍。這表明，CAT活性在根內的鋁毒應激性較強，而2個無性系之間在根內的差異則不明顯，葉內表現以G4較好。

方差分析結果顯示(表2)，鋁處理下2個桉樹無性系苗木根、葉內CAT活性與對照之間均達到極顯著差異(P<0.01)，這表明鋁毒害對植物根和葉的正常生理代謝均產生了顯著影響，而CAT對鋁處理的傷害產生了顯著的響應作用。在相同的鋁處理下，盡管G9葉內CAT活性極顯著高于G4 (表2)，但在葉內活性氧的清除能力上，G4優于G9(圖1)。這表明不同無性系對Al的耐受性與其酶活性的高低并沒有直接的聯系，而是與酶的變化值密切相關。

表2　鋁處理下桉樹根、葉CAT活性單因素方差分析結果

注：無性系之間差異僅在鋁處理(120 mg·L-1)條件下進行比較，下同

3.2　鋁處理對兩個桉樹無性系POD活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物體內普遍存在的、活性較高的一種酶，它與呼吸作用、光合作用及生長素的氧化等都有密切關系。圖2顯示，有無鋁處理下，兩個桉樹無性系葉中POD活性均比根中高，這證實了POD對葉內活性氧的清除更為重要；相同鋁濃度處理下，G9根內POD活性略高于G4，而在葉內略低于G4，這一變化與CAT剛好相反。鋁處理下，兩個桉樹無性系苗的POD活性均高于對照，葉內的POD活性變化幅度較根內明顯，其中：G4葉內POD活性最高，為373.40 U·min-1·g-1，G4根內POD活性最低，為71.93 U·min-1·g-1，G9和G4根內POD活性分別為對照組的1.68倍和2.11倍，葉內POD活性分別為對照組的2.31倍和1.66倍。表現為G4根部對鋁處理的應激性強于G9，而G9葉片對鋁處理的應激性卻強于G4，這說明POD在不同無性系的不同器官中對鋁處理的響應機制存在差異。

方差分析結果顯示(表3)，鋁處理條件下，桉樹兩個無性系幼苗根、葉中POD活性與對照之間差異均為極顯著(P<0.01)，與CAT相似，鋁對植物的根和葉中正常生理代謝產生了顯著影響，保護酶POD對鋁處理的傷害產生了積極的響應作用。在相同的鋁處理下，G9根內POD活性高于G4，但在根內活性氧的清除能力上，G4優于G9，在葉內的表現則相反。這表明不同無性系對Al的耐受性與其酶活性的高低并沒有直接的聯系，而是與酶的變化值密切相關。

表3　鋁處理下桉樹根、葉POD活性單因素方差分析結果

4結論與討論

4.1　有無鋁處理下，兩個桉樹無性系幼苗根及葉內抗氧化酶活性存在如下規律：葉內CAT、POD活性高于根，說明CAT、POD在葉中對活性氧的清除起有更為重要的作用，且POD活性對鋁處理最為敏感。

4.2　鋁處理下，2個桉樹無性系根、葉中CAT、POD活性均發生變化，變化幅度差別較大，不同酶在不同部位對鋁毒害的響應程度不一致：CAT在根內變化幅度大于葉內，其在根內對鋁處理的應激性較強；而POD在G9根中變化幅度較葉小，在G4根中變化幅度較葉大，即POD在G9葉內及G4根內對鋁處理響應較強。在正常條件下，植物能有效地清除體內的活性氧自由基，使細胞免受傷害，但在逆境或脅迫條件下，植物體內的活性氧自由基產生速度超過了植物清除活性氧的能力，便會引起傷害。鋁脅迫下植物體內保護酶活性高低與植物鋁毒耐性成正相關。保護酶活性較高，表明植物體內氧自由基清除能力較強，膜脂過氧化水平穩定，植物耐鋁性好。為了降低脅迫所造成的氧化傷害，植物進化出一套抗氧化保護系統，其中包括非酶類低分子量抗氧物質，及抗氧化酶系統作為抗氧化保護的一個組成部分，整個抗氧化保護酶系防御能力取決于各酶活性及其彼此間的綜合協調。

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Effect of Aluminum Stress on Two Antioxidase (CAT and POD)

inEucalyptusspp. Seedlings

Lan Xiongbin

(State-Owned Dongmen Forest Farm, Guangxi Zhuang Autonomous Region,Chongzuo 532108,China)

AbstractThe effects of aluminum (Al) stress on CAT and POD of root and leaves for two superior clonal Eucalyptus spp. seedlings (Eucalyptus grandis × E.urophylla No.9 and E. urophylla No.4, simplified as G9 & G4) were studied by adopting indoor hydroponics test method. In order to further reveal the response mechanism of fast-growing Eucalyptus spp. on Al toxicity and provide reference for selecting the excellent aluminum-resistant clones, the main result is follows:(1) the POD and CAT in the leaves of Eucalyptus spp. have the main effect on the scavenging activity of oxygen, and POD is the most sensitive to the treatment of CAT. (2) under the treatment of Al,the activities of CAT and POD in the roots and leaves of the two clones of Eucalyptus spp. changed;change width vary greatly;response degree of different parts for different enzymes are inconsistent;the response of CAT on aluminum treatment in the roots is very strong;the response of POD on aluminum treatment in the leaves of G9 and root of G4 is very strong.

Key wordsEucalyptus spp.;Al stress;antioxidase

作者簡介：藍雄彬(1987-)，男，廣西貴港人，大學，助理工程師，現從事苗木培育和營造林工作.

收稿日期：2015-11-10

中圖分類號：S792.39

文獻標識碼：A

doi:10.13601/j.issn.1005-5215.2016.01.009

文章編號：1005-5215(2016)01-0022-03